【摘要】：由于二氧化釩有著接近室溫68℃左右的半導(dǎo)體-金屬相變特性,使其在智能窗、光電開關(guān)與存儲、非制冷紅外探測器等領(lǐng)域有著廣泛的研究。因受限于相變溫度和相變滯回等特征,VO_2在實(shí)際器件中的應(yīng)用存在一定的局限性。摻雜,作為一種有效的改善VO_2結(jié)構(gòu)與性能的方式已經(jīng)被眾多科研工作者報道。本文利用磁控濺射法,以Ru元素?fù)诫s為核心,制備了不同摻Ru比例、不同襯底溫度、Ti-Ru共摻的VO_2薄膜,借助X射線衍射(XRD)、拉曼分析(Raman)、X射線光電子能譜分析XPS(EDS)、掃描電鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)等表針分析手段,探究薄膜的成分、表面形貌、晶體結(jié)構(gòu)等特征;利用四探針、臺階儀測試薄膜電阻率-溫度相變特性,探究摻Ru、Ti-Ru共摻對VO_2相變特性的調(diào)控作用和機(jī)理。主要結(jié)論如下:(1)研究了摻Ru對二氧化釩微結(jié)構(gòu)與性能的影響。摻Ru的VO_2薄膜仍保持了單斜M相結(jié)構(gòu),晶粒尺寸減小;Ru元素以+4價的形式存在于薄膜中,摻Ru能夠緩解VO_2在空氣中的自發(fā)氧化;摻Ru抑制了薄膜顆粒的生長,降低表面粗糙度。摻Ru可以有效降低薄膜的相變溫度(T_(SMT)),每摻雜1at%Ru降低相變溫度10.5~oC,Ru~(4+)離子降低T_(SMT)的效果要優(yōu)于其他四價摻雜劑。常溫下?lián)絉u顯著的提高了薄膜電阻溫度系數(shù)(TCR)和降低了電阻率,摻Ru濃度為2.32at%的VOR-4薄膜TCR高達(dá)4.82%/℃而電阻率僅為0.63Ω·cm,這為制備低T_(SMT)、低電阻率、高TCR的VO_2薄膜提供了一種新的方法。(2)在摻Ru二氧化釩相變特性研究基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究不同襯底溫度對摻Ru二氧化釩微結(jié)構(gòu)與性能的影響。襯底溫度升高會削弱摻Ru氧化釩薄膜相變性能和降低電阻溫度系數(shù)(TCR),當(dāng)溫度高于150℃,摻Ru氧化釩薄膜有著金屬態(tài)VO_2的電阻率,相變特性被完全抑制,TCR明顯減小;襯底溫度升高顯著降低薄膜晶粒尺寸但不影響薄膜單斜M相結(jié)構(gòu)。(3)研究了Ti-Ru共摻對二氧化釩微結(jié)構(gòu)與性能的影響。Ti-Ru共摻降低薄膜晶粒尺寸不改變單斜態(tài)特征,Ti和Ru在薄膜樣品中都是以+4價的形式存在的;Ti-Ru共摻抑制了薄膜表面顆粒生長,使薄膜表面致密度更好。摻Ti完全抑制了薄膜的相變性能,摻Ru降低薄膜常溫下的電阻率,Ti-Ru共摻使薄膜獲得較高TCR且在測溫范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。這為制備低電阻率、無相變、高TCR可用于非制冷紅外探測器的VO_2薄膜提供了一種新的方法。
【圖文】：

膜不均勻、缺陷多、易氧化等問題。因而，制備高純相的 VO2仍舊是未來研究的重要課題。1.2 M 相二氧化釩的相變特征與相變機(jī)理1.2.1 二氧化釩的相變特征VO2是一種 V 為+4價的釩氧化合物，通常情況下，根據(jù)氧原子與釩原子不同排列規(guī)則，可將 VO2分為4種晶體結(jié)構(gòu)，分別是：四方晶格 VO2（A）、單斜結(jié)構(gòu)VO2（B）、單斜結(jié)構(gòu) VO2（M）、金紅石結(jié)構(gòu) VO2（R）。在一定特定條件下，不同晶體結(jié)構(gòu)的 VO2可以實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)變，亞穩(wěn)態(tài) VO2（B）可以直接轉(zhuǎn)變?yōu)榉�(wěn)態(tài)的VO2（R），也可以先轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N亞穩(wěn)態(tài) VO2（A），再由亞穩(wěn)態(tài) VO2（A）轉(zhuǎn)變?yōu)榉�(wěn)態(tài)的 VO2（R），這些轉(zhuǎn)變都是單向性的[12]。VO2的相變溫度是68℃,常溫結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)單斜結(jié)構(gòu) VO2（M）半導(dǎo)體態(tài)，當(dāng)溫度達(dá)到相變點(diǎn)，結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)金紅石 VO2（R）金屬態(tài)，且兩者之間的轉(zhuǎn)變是雙向性的，我們將這種轉(zhuǎn)變稱之為 MIT（metal-insulator transition）相變[2]。

特性相變過程中，方塊電阻也會隨著溫度發(fā)生改變，，從圖1-2可以看相變前，當(dāng)溫度升高方塊電阻下降速度較為緩慢；相變過程中度迅速增大，在某一溫度下達(dá)到最大值，最大值對應(yīng)下的溫度即 TSMT；相變后，溫度進(jìn)一步升高方塊電阻基本保持不變。在降開始降低時方塊電阻緩慢增加與升溫過程相同溫度下對應(yīng)的方溫度降到相變溫度附近后，電阻率迅速增加，增加速度最快時溫下的相變溫度記為 Tc，相變過程結(jié)束后，方塊電阻緩慢增加度下對應(yīng)的方塊電阻保持一致。從圖中可以明顯地看出，升溫率-溫度特性曲線并不完全重合，存在相變滯回過程，滯回表示。一般而言，單晶結(jié)構(gòu)相比多晶結(jié)構(gòu)的 VO2擁有更小的滯回晶體結(jié)構(gòu)、襯底材料、摻雜元素、晶粒尺寸等多方面影響。相化幅度可以達(dá)到2-5個數(shù)量級，不同制備工藝對 VO2相變性質(zhì)都
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O484

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;一種氧化釩與硬碳纖維布復(fù)合電極材料的制備方法[J];高科技纖維與應(yīng)用;2017年01期

2 任學(xué)佑;常溫鋰—氧化釩蓄電池的進(jìn)展[J];電池;1991年03期

3 А.М.Касимов ,黃倫s

本文編號：2670140